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Événements climatiques composés de vent faible et de froid dans le contexte de l'adéquation entre l'offre et la demande d'électricité en France: évolution au cours du 21ème siècle

SDU2E (Sciences de l’Univers, de l’Environnement et de l’Espace) – [Subject to defense authorization]

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Avec le développement des énergies renouvelables, la sensibilité de la production d'électricité à la variabilité climatique devrait augmenter. De nouveaux types d'événements climatiques pourraient représenter un risque pour la stabilité du système électrique, tels que les événements composés de vent faible et de froid en hiver. Ces événements composés sont associés à une faible production éolienne et une forte consommation d'électricité, ce qui pose un défi pour le maintien de l'équilibre entre la production et la consommation d'électricité. Cette thèse vise à explorer l'évolution future des événements climatiques de vent faible et de froid impactant le système électrique français en hiver.

Dans le premier chapitre, les propriétés des événements composés de vent faible et de froid sont caractérisées dans les observations et les réanalyses atmosphériques. Ces événements sont identifiés à partir d'indices représentant la sensibilité actuelle de la production éolienne et de la consommation d'électricité aux conditions de vent et de température de surface. Il est montré que l'occurrence des événements composés de vent faible et de froid varie fortement d'un hiver à l'autre, entre 0 et 13 jours par hiver sur la période 1951-2022. Une configuration de circulation atmosphérique de grande échelle
associée à une proportion plus forte d'événements composés, qui se révèle similaire à la phase négative de l'Oscillation Nord-Atlantique, est identifiée. Enfin, une diminution de la fréquence des événements composés est observée sur les hivers de la période 1951-2022. Cette diminution observée est principalement liée à une diminution du nombre de jours froids, qui pourrait être influencée par la variabilité basse fréquence de la circulation atmosphérique de grande échelle.
Dans le deuxième chapitre, les projections futures de modèles climatiques globaux de dernière génération sont utilisées pour caractériser l'évolution future des événements composés de vent faible et de froid. Au préalable, l'évolution future du vent de surface hivernal est caractérisée dans les modèles climatiques globaux en Europe. Le vent de surface diminue en moyenne en fin de siècle, bien que le signe et l'intensité des changements varient selon les régions. L'intensité et le signe des changements futurs
varient aussi d'un modèle à l'autre. Deux processus contribuent à ces différences entre modèles : les changements futurs de circulation atmosphérique de grande échelle et ceux de couverture de forêt.
Une diminution de la fréquence des événements composés d'environ – 40 %, -60 %, et -80 %, est projetée à court, moyen, et long terme dans le futur, par rapport à une période récente. Cette diminution est due à la diminution future de la fréquence des jours froids en hiver, tandis qu'un rôle faible est joué par les changements futurs de jours de vent faible.

Dans le dernier chapitre, il est montré avec une autre approche que les propriétés des événements composés de vent faible et de froid, ainsi que leur évolution future, dépendent du parc éolien français et de la thermosensibilité de la consommation d'électricité considérés dans leur définition. Alors que les événements composés identifiés sont généralement associés à des températures bien plus froides que la normale pour la capacité éolienne actuelle, ils pourraient être associés à des températures supérieures à
la normale en cas de vent très faible pour la capacité éolienne visée en 2050. De même, la diminution future de la fréquence des événements composés pourrait être atténuée avec des niveaux plus forts de capacité éolienne installée. Ces résultats suggèrent l'importance de considérer l'évolution future du parc éolien et de la thermosensibilité pour évaluer l'évolution future des événements composés de vent faible et de froid.

Jury

Philippe Drobinsky	CNRS/LMD	Rapporteur
Juliette Mignot	IRD/LOCEAN	Rapporteure
Sandrine Anquetin	CNRS/IGE	Examinatrice
Florian Pantillon	CNRS/LAERO	Examinateur
Sylvie Parey	EDF/R&D	Examinatrice
Julien Boé	CNRS/UMR CECI	Directeur de thèse
Margot Bador	CNRS/UMR CECI	Co-directrice de thèse